数字交换网络_思维导图模板

数字交换网络

引言

交换机的基本功能

是在任一入线和出线之间建立通信连接，实现这一功能的部件称作交换网络，交换单元是基本元素

交换方式

同步时分交换

主要应用PCM时分复用方式，利用一组存储单元存放输入PCM链路各时隙的数据信息，在信令控制下交换至目的时隙，属于物理层时间(电路)交换模式

分组交换

如路由器，属于软件交换模式，没有具体的交换网络机构，从接口线卡流入的数据分组先集中缓存在一个存储器中，利用路由软件对各分组的目的地址分析后，选择适当的输出线卡排队输出

异步时分的信元分组交换

属于混合交换模式，用于ATM及MPLS方式，将数据信息划分成定长分组，以统计复用方式完成信元转移。可充分利用资源，又可快速交换

交换单元

交换单元及其数字描述

交换单元

是构成交换网络的最基本单元，可实现任意入出线间的连接，完成同步时分交换或分组统计复用交换

当有信号到达交换单元的某条入线需进行交换时，会出现两种情况：

一是信号为同步时分复用信号，信号中只携带有用信息，没有指定出线地址。这时，交换单元可根据外部送入的命令，在交换单元内部建立通道，将该入线与相应出线连接起来，入线上的输入信号沿内部通道在出线上输出

二是信号为统计复用信号，信号中不仅携带有用户信息，还有出线地址。这时，交换单元可根据信号所携带的出线地址，在交换单元内部建立通道。

分类

按使用需要的不同

集中型

入线数大于出线数(M>N) ,称为集中器

分配型

入线数与出线数相等(M=N),可称连接器

扩散型

入线数小于出线数(M

按信息流向

有向交换单元

当信息经过交换单元时只能从入线进、出线出，具有唯一确定的方向

无向交换单元

若将一个交换单元的相同编号的入线和出线连在一起，每一条即可入也可出，即同时具有发送和接收功能。

无向交换单元的入线数与出线数比相等，也可称为单边交换单元

连接与连续函数

交换单元

交换单元的基本功能是建立和拆除连接，连接函数利用数学方法描述连接特性，以便评价交换单元的设计性能

交换单元的入、出线可看作集合序列，入线集合：T={0,1,2,…,M-1} 出线集合：R={0,1,2,…,N-1}

一个交换单元的连接函数具有瞬时性，可随时间变化

一个交换单元的连接集合越多，则连接功能愈强

定义：t∈T，t是T的一个元; r ∈Rt， Rt ∈R, Rt 是R的一个子集， r是Rt的一个元，则集合C={t, Rt}为一个连接，t为起点， r ∈Rt为终点。
交换单元的一个连接就是入线集合和出线集合组成的集合。
若r ∈Rt， Rt中只一个元，称作点到点连接。
若r ∈Rt， Rt中有多个元，称作点到多点连接

若一交换单元提供点到多点连接，且Rt ∈R，称其有同播（组播）功能。
若Rt =R，称其有广播功能。
交换单元的连接集合为 C={C0，C1，C2，…,}
其中，起点集 Tc={t；t∈Ci, Ci ⊂ C} 终点集 Rc={r；r∈Rt, Rt ⊂ci, ci ⊂ C}

某时刻一交换单元处于交换集合C，若一入线t∈Tc ，称该入线处于占用状态，否则为空闲状态。连接函数描述了交换单元的连接特性

连续函数

每个交换单元都可用一组连接函数表示，一个连接函数对应一种连接，连接函数表示了交换单元入出线之间一一对应的关系。

从集合的角度看，一个连接函数反映了入线集合和出线集合之间的一种映射关系

交换单元连接函数的三种表示

函数表现形式

排列表示形式

图形表示

这种方式直观，但不能用计算机方法演算信息连接性能

交换单元连接函数的三种表示

几种常见连接函数

直线连接（恒等置换）

对称单元相同编号的入线与出线——对应连接即为直线连接。其函数表示为

排列表示形式为（0，1，2，3，……，n-1）

交叉连接（交叉置换）

交叉连接是实现二进制地址编号中第0位位值不同（0或1）的入线与出线之间的连接。其函数表示为其中，表示对 x0取非，即若x0=0 ，则=1;若x0=1，则 =0

间隔交叉连接

间隔交叉连接是实现二进制数地址编号中第k位位值不同的入线与出线之间的连接。其函数表示为

均匀洗牌连接（均匀洗牌置换）

均匀洗牌连接是将入线二进制地址编号循环左移1位作为出线地址编号。其函数表示为

碟式连接（碟式置换）

碟式连接的名称来源于FFT变换实现时，其图形形状如蝴蝶式样。这样连接是将入线二进制数地址编号的最高位与最低位互换位置作为出线地址编号。函数表示为

空间接线器

结构

空间接线器由电子交叉矩阵和控制存储器(CM)构成，它包括一个4*4的电子交叉矩阵和相应的控制存储器。4*4的交叉矩阵有4条输入复用线和4条输出复用线，每条复用线上传送由若干个时隙组成的同步时分复用信号，任一条输入复用线可以选用任一条输出复用线

空间接线器不进行时隙交换，而仅仅实现同一时隙的空间交换

当然对应于一定出入线的各个交叉点是按复用时隙而高速工作；在这个意义上，空间接线器是以时分方式工作的

各个交叉点在哪些时隙应闭合，在哪些时隙应断开，这决定于处理机通过控制存储器所完成的选择功能。如图所示，对应于每条入线有一个控制存储器（CM），用于控制该入线上每个时隙接通哪一条出线。控制存储器的地址对应时隙号，其内容为该时隙所应接通的出线编号，所以其容量等于每一条复用线上时隙数，每个存储单元的字长，即比特数则决定于出线地址编号的二进制码位数。例如，若交叉矩阵是32*32，每条复用线有512个时隙，则应有32个控制存储器，每个存储器有512个存储单元，每个单元的字长为5比特，可选择32条出线。

工作原理

空间接线器有两种工作方式，是按照控制存储器配置的不同而划分的按输入线配置的称为输入控制方式(见图2.15(a)) 按输出线配置的称为输出控制方式（见图2.15(b)）

时分复用交换单元

共享存储器型交换单元

一般结构

共享存储器型交换单元的一般结构如图2.1所示。作为核心部件的存储器被划分成N个区域，再分别送出。存储器的写入和读出采用不同的控制，以完成交换

工作方式

入线缓冲

若存储器中的N个区域是和各路输入信号顺序对应的，即第1路输入信号送到第1个存储区域（编号为0），第2路输入信号送到第2个存储区域（编号为1），等等，则称交换单元是入线缓冲的

出栈缓冲

若存储器中的N个区域是和各路输出信号一一对应的，即第1个存储区域（编号为0）的数据作为第1路输出信号，第2个存储区域（编号为1）的数据作为第2路输出信号，等等，则称为交换单元是出线缓冲的

时间接线器

结构

时间接线器采用缓冲存储器暂存话音的数字信息，并用控制读出或控制写入的方法来实现时隙交换，

分类

话音存储器

用来暂存数字编码的话音信息。每个话路时隙有8位编码，故话音存储器的每个单元应至少具有8比特。话音存储器的容量，也就是所含的单元数应等于输入复用线上的时隙数。假定输入复用线上有512个时隙，则话音存储器要有512个单元

控制存储器

控制存储器的容量通常等于话音存储器的容量，每个单元所存储的内容是由处理机控制写入的。在图中，控制存储器的输出控制话音存储器的读出地址。如果要将话音存储器输入TS49的内容a在TS58中输出，可在控制存储器的第58个单元中写入49

控制方式

顺序写入，控制读出，简称“输出控制”

控制写入，顺序读出，简称“输入控制”

S1240的数字交换单元（DSE）

每DSE由8个双套双向交换端口组成，每交换端口接一条双向PCM链路，链路速率为4096kb/s。39根时分复用总线包括：16根数据线，4根端口地址，5根信道地址，5根控制，一根证实，5根返回信道地址，3根时钟。每个交换端口的接收侧由两个32存储单元的端口RAM、信道RAM和输入同步器组成，发送侧由一个32存储单元的数据RAM和端口比较器、发送控制、缓冲器等组成。

工作原理

DSE采用每时隙16比特宽度的数据格式在PCM总线上传送话音数据和交换控制命令。

交换网络

CLOS网络结构

多级交换网络

多级交换网络的拓扑结构可以用三个参量来说明，即每个交换单元的容量、交换网络的级数和交换单元之间的连接通路（链路）。一个交换网络的组织结构，可以用拓扑图来表示，也可以用连接函数进行表示。拓扑图可以直观地了解网络的连接情况，连接函数则表达了交换网络的入线和出线之间的映射关系，不同的应用场合可采用不同的表示方式。

多级网络的内部阻塞

基本概念

当一个交换网络的某一出线为空闲，但由于交换网络内部的拓扑连线结构而使某一入线不能和该空闲的出线建立连接时，称作内部阻塞。

无阻塞交换网络

严格无阻塞网络

可重排无阻塞网络

广义无阻塞网络

CLOS网络

基本概念

通过适当增加网络的级数和合理拓扑连接可做到无内部阻塞，下图为CLOS三级无阻塞网络结构

三级CLOS网络无阻塞条件是中间接线器数m2n-1

三级CLOS网络所需的交叉点数 C(3)=2N(2n-1)+(N/2)²(2n-1)，这里N为网络的总入出线数，n为交换单元入出线数